Botanica

FOTOTROPIA

→Per poter usare l'energia luminosa, gli organismi utilizzano delle molecole che, colpite dalla luce,

parte di questa energia viene assorbita e parte di questa energia viene invece riflessa.

Il colore che assumeranno dipende dalla lunghezza d'onda che viene assorbita e quella che invece

viene riflessa.

Le molecole colpite dalla radiazione luminosa si chiamano pigmenti; assorbono alcune lunghezze,

lunghezze d’onda

altre le riflettono e la colorazione che avranno è dovuto alle lunghezze d'onda

che non assorbono.

Questi pigmenti appartengono a tre classi di molecole:

- clorofille, appartengono alla famiglia delle porfirine. all’eme

Presentano un anello porfirinico (che si formano subito nella mia storia evolutiva), simile

dell'emoglobina, contenenti una serie di doppi legami coniugati (un legame C-C alternato ad un

doppio legame C—C).

Al centro dell'anello risiede uno ione Mg, coordinato con i quattro atomi di azoto.

Esistono in natura quattro tipi di clorofilla che differiscono per i loro sostituenti attorno alla struttura

ad anello: la clorofilla A (responsabile della fotosintesi), la clorofilla B, la clorofilla C e la clorofilla D.

all’anello D,

Le clorofille, ad eccezione della C, possiedono un alcol alifatico (fitolo) esterificato che

rende le molecole idrofobiche.

La clorofilla A differenzia dalla B esclusivamente per la presenza di un gruppo metilico anziché un

gruppo aldeidico. La clorofilla C differenzia dalla clorofilla A poiché il gruppo vinilico dell'anello A è

ossidato a gruppo aldeidico.

Le clorofille B, C e D hanno una colorazione leggermente diversa rispetto alla clorofilla A, ed

assorbiranno a lunghezze d’onda differenti; fungono da pigmenti antenna.

ad altre lunghezze d’onda

Esse assorbono e danno la propria energia alla clorofilla A perché è

l'unica che sa fare la fotosintesi. β-carotene

- carotenoidi, si dividono in caroteni (come il abbondante nelle carote ed il licopene, un

antiossidante di cui è ricco il pomodoro) e le xantofille che differiscono dai caroteni chimicamente

solo per la presenza nella molecola dell’ossigeno,. Colorate dal giallo al rosso.

- ficobiline, colorate dal rosso all’azzurro e li ritrovo nei cianobatteri e nelle alghe rosse.

Ficoeritrina assorbe a 500 nm di lunghezza d’onda e riflette alle altre (è rossa); la ficocianina

assorbe verso i 600-620 nm e riflette alle altre (è blu). Le clorofille assorbono dove non sono

zona dello spettro mi arriva l’energia

presenti le due ficobiline. Come vediamo, quindi, in qualsiasi

del fotone, io posso usarla.

Come sono organizzati questi pigmenti?

Essi essendo idrofili non li posso mettere nella membrana né nel PS (qui trovo sempre qualcosa di

idrofobico in maniera tale che possa organizzare nello spessore della membrana) e allora ho delle

grosse strutture sferiche sulla superficie della membrana tilacoidale. (localizzazione esterna).

L’insieme delle ficobiline forma una struttura chiamata ficobilosoma.

Nella porzione più interna è presente una ficobilina chiamata allo ficocianina (azzurra), segue poi

la ficocianina (blu) e la ficoeritrina (rossa).

Questa localizzazione esterna non ha avuto grande successo; la troviamo solo nei cianobatteri e

nelle alghe rosse.

Le foglie che in autunno diventano gialle, rosse poi brune. Perché?

Perché togliendo la clorofilla, rimane soltanto la colorazione dovuta ai carotenoidi.

Che vuol dire? Le foglie è vero che hanno la clorofilla ma hanno anche queste molecole, che

svolgono due funzioni importantissime:

- sono pigmenti antenna; queste molecole assorbono a lunghezze d'onda diverse per questo sono

gialle, arancioni, rosse e danno la loro energia alla clorofilla.

La clorofilla nel centro di reazione avrà l'energia della sua lunghezza d'onda, un'energia molto

vicina della clorofilla B ma anche energie molto lontane nello spettro d'assorbimento perché

appartiene ai carotenoidi e alle xantofille.

→la fotosintesi avviene nei cloroplasti, che precedentemente erano batteri.

Il processo fotosintetico è stato messo appunto nei batteri 3 miliardi di anni fa e conservato fino ai

giorni nostri, anche negli organismi più evoluti.

Si svolge in parte nelle membrane (fase luminosa: per avvenire ha bisogno di luce) e in parte nello

stroma dei cloroplasti o nel citoplasma dei batteri, parte solubile (fase oscura: non ha bisogno di

luce). che si trovano all’interno

Affinché la fotosintesi avvenga, è essenziale la presenza di due strutture,

della membrana dei cloroplasti, chiamate FOTOSISTEMI (PS I e PS II).

Nel cuore di PS I e PS II è presente una molecola di clorofilla A; essi lavorano in successione.

Il primo a lavorare è il PS II; è indicato come secondo sia perché compare dopo nel corso

dell’evoluzione, sia perché è stato scoperto successivamente.

La clorofilla A presente nel PS II viene colpita dal fotone di lunghezza d’onda giusta; la clorofilla

eccitata è in grado di sparare 2 elettroni ad un livello energetico più alto ma essa, poiché ha

-

sparato 2 e resta carica positivamente. -

La clorofilla deve neutralizzarsi e recuperare i 2 e perduti; essa è una molecola talmente reattiva

all’ossigeno dalla molecola di H

-

che riesce a strappare 2 e O.

2

È una reazione contronatura ed inversa, che richiede una quantità elevata di energia (la quale

proviene dall’eccitazione della clorofilla A). +

→

H O ½ O + 2H

2 2

Se la lunghezza d’onda del fotone che colpisce la clorofilla A non fosse giusta? Non c’è problema.

Nel centro di reazione sono presenti la clorofilla B ed i carotenoidi che vengono eccitati ad altre

lunghezza d’onda; in grado di cedere l’energia di attivazione alla clorofilla A.

essi sono così

-

Nel momento in cui sparo i 2 e nel livello energetico più alto, mi ritrovo al livello della catena di

trasporto degli elettroni (molto simile a quella dei mitocondri).

Siccome sono nei cloroplasti, non parlerò di chinone bensì di plastochinone, che insieme ai

-

citocromi, accompagnano gli e fino ad una molecola solubile, la plastocianina.

la cui clorofilla A (con una lunghezza d’onda leggermente

A questo punto entra in gioco il PS I, -

diversa rispetto alla prima) viene eccitata da un fotone e sparo 2 e nel livello energetico ancora più

alto (rispetto al livello precedente). Questa volta gli elettroni, che servono alla clorofilla A per

neutralizzarsi, non vengono presi dalla molecola di H O ma dagli elettroni che stanno viaggiando

2

lungo la catena di trasporto.

Questi elettroni servono a ridurre il NADP a NADPH. Invece, i protoni che si sono liberati in

vengono utilizzati dall’ATPsintetasi formare l’ATP.

entrambe le fasi (dalla molecola di H O) per

2

Qual è il guadagno netto della fase luminosa? Energia di legame (ATP) ed energia riducente

(NADPH).

Come usa l’organismo vegetale queste due possibilità? Mediante una serie di reazioni, che

portano alla formazione del glucosio (fase oscura).

Il glucosio può essere utilizzato a diversi scopi: costruzione della parete, sostanza di riserva dopo

polimerizzazione (amido, zucchero di riserva delle piante), mediante modifiche ottengo i grassi,

amminoacidi (proteine).

–

BOTANICA Lezione 7.

Quali sono le caratteristiche che ci permettono di riconoscere un batterio?

- presenza della parete cellulare, completamente diversa dalle altre;

- il materiale genetico non è compartimentato da una membrana;

- il DNA è super avvolto;

- no compartimentazione in sistemi di endomembrane.

Tutto ciò che sono le attività metaboliche le dobbiamo immaginare o nel citoplasma o a livello della

membrana plasmatica.

In base alle attività metaboliche i batteri si dividono in diversi gruppi:

- fotosintetici

- possono vivere insieme ad altri organismi e quindi possono essere simbionti (ne abbiamo parlato

a proposito delle radici del trifoglio)

- abbiamo nel nostro organismo la presenza di tanti batteri che sono utili alla nostra vita se però

questo rapporto è sproporzionato verso l'attività del batterio possono produrre malattie quindi

parliamo di batteri patogeni

- parassiti, vivono alle spalle di qualcuno

- batteri che partecipano alla decomposizione delle sostanze dopo la morte quindi saprofiti.

- batteri aerobi, vivono in presenza di ossigeno

- batteri anaerobi, vivono solo se l'ossigeno non c'è

- batteri microaerofili, vivono solo in presenza di concentrazioni abbastanza basse di ossigeno

La forma può essere la più varia certamente: se sono sferici abbiamo i cocchi, i bacilli, gli spilli, gli

stafilococchi se vivono formando queste colonie, gli streptococchi che formano come tante

catenelle.

Quelli che studieremo sono i BATTERI FOTOSINTETICI, quelli che riescono a utilizzare la luce

solare per svolgere la fotosintesi che prevede quindi funzionamento in serie di fotosistemi.

Quindi, ci sono dei batteri che hanno una fotosintesi esattamente uguale a quella che abbiamo

visto e che troveremo poi in tutte le alghe e poi in tutte le piante terrestri. Questo cosa ci fa capire?

Poiché i cianobatteri probabilmente si sono evoluti tre miliardi di anni fa hanno messo appunto loro

questo meccanismo fotosintetico e ha raggiunto già a livello batterico il massimo della sua

evoluzione ed è stato mantenuto nel tempo fino ai giorni nostri.

Ha comportato l’estensione del nostro pianeta.

Questo cosa ha comportato?

Il processo fotosintetico libera l'ossigeno, sostanza di scarto, che comincia ad accumularsi prima

nelle acque (dove sono presenti i cianobatteri) e poi quando l'acqua è satura poi comincerà a

passare nell'atmosfera. Ma l'ossigeno di per sé è una sostanza estremamente reattiva quindi chi

non è in grado di utilizzarlo soccombe.

I batteri che non sapevano fare la fotosintesi erano tutti anaerobi, perché appunto mancava

l’ossigeno. L’accumulo di ossigeno nelle acque ha provocato l'estinzione di tanti batteri anaerobi;

solo qualche batterio che riusciva a trovare delle piccole nicchie ecologiche dove l'ossigeno

arrivava in piccole concentrazioni oppure non c'era proprio sono riusciti a sopravvivere.

Ma allo stesso tempo, la presenza di ossigeno ha portato all'evoluzione e all'affermazione di quei

batteri che sono riusciti ad utilizzare questo nuovo elemento che trovavano nella prima nell'acqua

e poi nell'atmosfera (batteri aerobi). Quindi, i cianobatteri hanno modificato radicalmente il nostro

pianeta.

Non tutti i batteri appartengono al gruppo dei cianobatteri.

Esistono dei batteri più semplici che h